Från plattskärms-TV till din smartphone: grundämnet bor förtjänar mer uppmärksamhet

Varje gång du tittar på sport på en plattskärms-TV eller skickar ett meddelande genom att röra vid skärmen på din smartphone, tackar du en obesjungen hjälte i det periodiska systemet: bor.

Bor, som ofta felaktigt stämplas som ett ”tråkigt” grundämne, spelar en mångsidig roll i våra liv.

Det är huvudbeståndsdelen i borosilikatglas, som är känt för sin exceptionella motståndskraft mot termiska förändringar och kemikalier samt sin förmåga att stå emot stötar. Detta innebär att kokkärl av glas kan gå in i en varm ugn direkt från frysen och att laboratorieutrustning som bägare och provrör kan motstå korrosion.

Neodym-magneter, där bor spelar en roll i bildandet av kristallstrukturen och för att bibehålla magnetiseringen, är bland de starkaste permanentmagneterna som finns kommersiellt tillgängliga. Bor används också för att framställa tvättmedel, buffertlösning, insektsmedel, isolering och halvledare.

Australiens jordar kan ha brist på bor, och gödselmedel som innehåller bor används för att hjälpa till med rottillväxt och blomning.

Och även om jag forskar om borkemi för energiomvandling och lagring har grundämnet en rik historia med många praktiska tillämpningar.

Vad är det som gör bor så speciellt?

På grund av sin reaktivitet finns bor naturligt endast i kombination med andra grundämnen, som bildar borsyra och oorganiska salter som kallas borater.

En viktig orsak till att bor är så mångsidigt är dess elektronbrist, vilket innebär att det är mycket benäget att ta emot elektroner från andra grundämnen och lätt bildar många intressanta föreningar med både metaller och icke-metaller.

En viktig orsak till att bor är så mångsidigt är dess elektronbrist, vilket innebär att det är mycket benäget att ta emot elektroner från andra grundämnen och att det lätt bildar många intressanta föreningar med både metaller och icke-metaller.

Metallborider, föreningar som bildas mellan metall (M) och bor (B), t.ex. rheniumdiborid, har till exempel en hög hårdhet tack vare omfattande B-B- och M-B-bindningar. Det finns också borkarbid, som är en extremt hård och lätt keramik som används i skottsäkra västar och stridsvagnspansar.

Bor-10 (10B), en stabil isotop som kan isoleras genom omfattande destillation av flyktiga borföreningar, har lett till borneutroninfångningsterapi (Boron Neutron Capture Therapy, BNCT) som behandlar lokalt invasiva elakartade tumörer, t.ex. återkommande huvud- och halscancer.

Näringsmässigt har Nobelpriset i kemi tilldelats minst tre gånger till forskare som arbetar med borkemi.

Ett av de senaste bidragen är ”Suzuki Coupling”-reaktionen 2010, som revolutionerade den kemiska syntesen och stöder produktutveckling som Organic Light Emitting Display (OLED), som kan användas för tunna, färgglada TV-apparater.

Bor kontra kol

Bor och kol är grannelement i det periodiska systemet och liknar varandra på många sätt. Kol har dock utan tvekan åtnjutit större publicitet. På senare tid har mycket uppmärksamhet ägnats åt grafen – ett atomärt lager av kolatomer – som har många potentiella högteknologiska användningsområden.

I likhet med kolväten bildar bor en serie neutrala boraner som en gång studerades som raketbränsle eftersom de producerar en enorm mängd energi när de reagerar med syre. Men de visade sig ofta vara giftiga och för svåra att kontrollera.

Elementärt bor finns i 16 kända ”allotroper” – olika former av samma grundämne. Kol har två vanliga sådana: diamant och grafit.

Svårigheten att kontrollera bildningen av önskade borallotroper bromsar forskningen. Kolmaterial kan däremot lätt framställas och studeras.

En central roll i energiomvandling och lagring

Det är spännande att se forskare runt om i världen arbeta i laboratorier för att hitta nya sätt att använda detta modiga lilla grundämne.

Här är några av de stora frågor som de tar itu med:

1. Bor som energikälla

En del forskare undersöker om vi kan få energi från bor med hjälp av aneutronisk fusion – en form av fusionskraft där försumbara mängder neutroner frigörs.

2. Bor som energibärare

Föreningar som innehåller bor, kväve och väte kan effektivt lagra och överföra väte. Detta är viktigt eftersom väte är en idealisk kandidat för att lagra energi som produceras av vindkraftverk och solkraftverk.

Natriumdifluoro(oxalato)borat kan å andra sidan överträffa vissa kommersiella föreningar som elektrolytsalt för framväxande natriumjonbatterier, vilket skulle kunna vara en utmärkt kandidat för storskalig energilagring.

3. Bor för värmekonservering

Vissa anläggningar för varmvattenuppvärmning med solceller och elproduktion med solenergi använder kollektorrör av borsilikat för att ta tillvara på den reflekterade strålningen från speglar, så att ångturbinerna kan drivas på ett mer effektivt sätt.

Vi har också sett strängare byggnormer med avseende på värmekonservering, vilket främjar användningen av borater för glasfiberisolering.

Impressed?

Bör bor få mer uppmärksamhet?

Jag är säker på att vi kommer att se bor fortsätta att vara en stjärna i vårt teknikdrivna samhälle. Från gödningsmedel till OLED-skärmar – bor kommer att få stor betydelse.